時間簡史第四章不確定性原理

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昨天讀到有關推背圖的帖子。帖子作者說相信曆史必然性。有興趣探討這個對必然性的信念從何而來。下麵是霍金文章的一小段摘錄。從科學角度來看問題,依我看還是比較靠譜的。當然,你從宗教的角度來believe某書、某物、某傳說,那又是另外一回事兒了。


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科學理論,特別是牛頓引力論的成功,使得法國科學家拉普拉斯侯爵在19世紀初論斷,宇宙是完全被決定的。他認為存在一組科學定律,隻要我們完全知道宇宙在某一時刻的狀態,我們便能依此預言宇宙中將會發生的任一事件。例如,假定我們知道某一個時刻的太陽和行星的位置和速度,則可用牛頓定律計算出在任何其他時刻的太陽係的狀態。這種情形下的宿命論是顯而易見的,但拉普拉斯進一步假定存在著某些定律,它們類似地製約其他每一件東西,包括人類的行為。


很多人強烈地抵製這種科學宿命論的教義,他們感到這侵犯了上帝幹涉世界的自由。但直到本世紀初,這種觀念仍被認為是科學的標準假定。這種信念必須被拋棄的一個最初的征兆,是由英國科學家瑞利勳爵和詹姆斯·金斯爵士所做的計算,他們指出一個熱的物體——例如恒星——必須以無限大的速率輻射出能量。按照當時我們所相信的定律,一個熱體必須在所有的頻段同等地發出電磁波(諸如無線電波、可見光或X射線)。例如,一個熱體在1萬億赫茲到2萬億赫茲頻率之間發出和在2萬億赫茲到3萬億赫茲頻率之間同樣能量的波。而既然波的頻譜是無限的,這意味著輻射出的總能量必須是無限的。


為了避免這顯然荒謬的結果,德國科學家馬克斯·普郎克在1900年提出,光波、X射線和其他波不能以任意的速率輻射,而必須以某種稱為量子的形式發射。並且,每個量子具有確定的能量,波的頻率越高,其能量越大。這樣,在足夠高的頻率下,輻射單獨量子所需要的能量比所能得到的還要多。因此,在高頻下輻射被減少了,物體喪失能量的速率變成有限的了。


量子假設可以非常好地解釋所觀測到的熱體的發射率,但直到1926年另一個德國科學家威納·海森堡提出著名的不確定性原理之後,它對宿命論的含義才被意識到。為了預言一個粒子未來的位置和速度,人們必須能準確地測量它現在的位置和速度。顯而易見的辦法是將光照到這粒子上,一部分光波被此粒子散射開來,由此指明它的位置。然而,人們不可能將粒子的位置確定到比光的兩個波峰之間距離更小的程度,所以必須用短波長的光來測量粒子的位置。現在,由普郎克的量子假設,人們不能用任意少的光的數量,至少要用一個光量子。這量子會擾動這粒子,並以一種不能預見的方式改變粒子的速度。而且,位置測量得越準確,所需的波長就越短,單獨量子的能量就越大,這樣粒子的速度就被擾動得越厲害。換言之,你對粒子的位置測量得越準確,你對速度的測量就越不準確,反之亦然。海森堡指出,粒子位置的不確定性乘上粒子質量再乘以速度的不確定性不能小於一個確定量——普郎克常數。並且,這個極限既不依賴於測量粒子位置和速度的方法,也不依賴於粒子的種類。海森堡不確定性原理是世界的一個基本的不可回避的性質。


不確定性原理對我們世界觀有非常深遠的影響。甚至到了50多年之後,它還不為許多哲學家所鑒賞,仍然是許多爭議的主題。不確定性原理使拉普拉斯科學理論,即一個完全宿命論的宇宙模型的夢想壽終正寢:如果人們甚至不能準確地測量宇宙的現在的態,就肯定不能準確地預言將來的事件了!......

所有跟帖: 

測不準原理是微觀級的,不能用來直接解釋宏觀世界 -狗肉- 給 狗肉 發送悄悄話 狗肉 的博客首頁 (269 bytes) () 04/07/2011 postreply 16:54:38

很遺憾地告訴你,你沒有看懂這篇帖子。理解力差太遠,所以我就不辯論了。 -uptoyou- 給 uptoyou 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 16:58:56

還有一種可能:閣下的表達能力"差太遠了"。。。 -fu2ny- 給 fu2ny 發送悄悄話 fu2ny 的博客首頁 (10 bytes) () 04/07/2011 postreply 17:26:12

他不過引了一段蹩腳的譯文而已 -狗肉- 給 狗肉 發送悄悄話 狗肉 的博客首頁 (129 bytes) () 04/07/2011 postreply 18:41:48

94 -xixi~~- 給 xixi~~ 發送悄悄話 xixi~~ 的博客首頁 (0 bytes) () 04/08/2011 postreply 07:19:48

嗬嗬,真碰上高人了~~~ -狗肉- 給 狗肉 發送悄悄話 狗肉 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 18:35:43

人家"情願做一個戰敗死去的自由雅典人",跟你我不是同一類的人:)) -一首歌謠- 給 一首歌謠 發送悄悄話 一首歌謠 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 19:18:14

前提是量子力學是終極理論,絕對正確。即使這樣,我們還有概率。 -遛白菜- 給 遛白菜 發送悄悄話 遛白菜 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 18:21:06

這裏,量子力學不需要扮演終極理論角色,因為它隻是起到證偽的作用。 -uptoyou- 給 uptoyou 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 19:11:49

請你給我講講證偽是什麽意思? -遛白菜- 給 遛白菜 發送悄悄話 遛白菜 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 19:17:21

我也等著他的高論:)) -一首歌謠- 給 一首歌謠 發送悄悄話 一首歌謠 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 19:19:35

咳,你有關亞裏士多德《政治學》對後來政治學的影響大作能讓我們瞅瞅嗎? -一首歌謠- 給 一首歌謠 發送悄悄話 一首歌謠 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 19:13:51

說起曆史的必然性, 你不用日曆麽? 你用測不準原理來看春去秋來麽? -一個人的親密- 給 一個人的親密 發送悄悄話 一個人的親密 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 21:35:54

想不到這麽多人看不懂霍金的東西,歎! -uptoyou- 給 uptoyou 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 22:08:59

同歎,霍同誌的書被如此神秘化了,簡史變成測不準史,看來科普他沒做好啊 -一個人的親密- 給 一個人的親密 發送悄悄話 一個人的親密 的博客首頁 (34 bytes) () 04/07/2011 postreply 23:02:23

同學你用錯地方了,證明拉普拉斯不對並不說明曆史的必然性不存在,隻說明拉普拉斯的推理錯誤 -狗肉- 給 狗肉 發送悄悄話 狗肉 的博客首頁 (132 bytes) () 04/07/2011 postreply 23:15:51

科學教作為宗教的一種有它自己的一套符號體係,本來就自說自話,翻譯後就更雲裏霧裏了。。。~~~ -阿方- 給 阿方 發送悄悄話 阿方 的博客首頁 (0 bytes) () 04/07/2011 postreply 23:29:20

科學教~~~ 這個說法,是灑家原創的吧。算是俺給方班長送了賀禮了哈,隨便用 :) -有人誇我是唐僧!- 給 有人誇我是唐僧! 發送悄悄話 有人誇我是唐僧! 的博客首頁 (0 bytes) () 04/08/2011 postreply 06:12:05

你韓國人啊到處注冊發明權。。。哈哈~~~~~~~~~ -阿方- 給 阿方 發送悄悄話 阿方 的博客首頁 (44 bytes) () 04/08/2011 postreply 07:38:43

你這小沒良心的咋還罵人囁。。。哼!哼!~~~~~~~~~ -有人誇我是唐僧!- 給 有人誇我是唐僧! 發送悄悄話 有人誇我是唐僧! 的博客首頁 (126 bytes) () 04/08/2011 postreply 09:27:33

頂~~~ -waatuu- 給 waatuu 發送悄悄話 waatuu 的博客首頁 (0 bytes) () 04/08/2011 postreply 08:11:23

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